[论文解读] An efficient dynamic ID based remote user authentication scheme using self-certified public keys for multi-server environment

Dawei Zhao, Haipeng Peng+2 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2013

Advanced Authentication Protocols Security参考文献 17被引用 10

一句话总结

本文提出了一种基于配对密码学和自认证公钥的、安全且高效的多服务器环境动态ID远程认证方案。通过增强Liao等人方案的安全特性，包括用户匿名性、本地密码验证以及抵抗拒绝服务攻击，该方案解决了先前方案中存在的离线字典攻击、重放攻击和伪装攻击等漏洞。

ABSTRACT

Recently, Li et al. analyzed Lee et al.'s multi-server authentication scheme and proposed a novel smart card and dynamic ID based remote user authentication scheme for multi-server environments. They claimed that their scheme can resist several kinds of attacks. However, through careful analysis, we find that Li et al.'s scheme is vulnerable to stolen smart card and offline dictionary attack, replay attack, impersonation attack and server spoofing attack. By analyzing other similar schemes, we find that the certain type of dynamic ID based multi-server authentication scheme in which only hash functions are used and no registration center participates in the authentication and session key agreement phase is hard to provide perfect efficient and secure authentication. To compensate for these shortcomings, we improve the recently proposed Liao et al.'s multi-server authentication scheme which is based on pairing and self-certified public keys, and propose a novel dynamic ID based remote user authentication scheme for multi-server environments. Liao et al.'s scheme is found vulnerable to offline dictionary attack and denial of service attack, and cannot provide user's anonymity and local password verification. However, our proposed scheme overcomes the shortcomings of Liao et al.'s scheme. Security and performance analyses show the proposed scheme is secure against various attacks and has many excellent features.

研究动机与目标

• 识别李等人提出的动态ID多服务器认证方案中的关键安全缺陷，包括对被盗智能卡、离线字典攻击、重放攻击、伪装攻击和服务器欺骗攻击的脆弱性。
• 分析非RC依赖、仅使用哈希的多服务器认证方案的局限性，这些方案通常难以同时提供强安全性和高效性。
• 改进Liao等人基于配对的方案，该方案存在离线字典攻击和拒绝服务攻击的弱点，且缺乏用户匿名性和本地密码验证功能。
• 设计一种新的动态ID远程用户认证方案，确保在多服务器环境中具备强安全性、用户匿名性以及高效的计算性能。

提出的方法

• 利用基于配对的密码学和自认证公钥机制，消除认证和会话密钥协商过程中对注册中心（RC）的依赖。
• 提出一种新颖的用户注册与登录协议，用户生成动态身份，并通过双线性配对、标量乘法和哈希函数等密码学操作完成认证。
• 采用预计算技术，使用户预先计算 $ R_i = r_i imes P $，从而降低登录过程中的在线计算开销。
• 结合单向哈希函数（$ h(ullet) $）、映射到点的哈希函数（$ H(ullet) $）以及双线性配对操作（$ e(ullet, ullet) $），以确保安全性和效率。
• 通过临时密钥和公钥原原子，实现用户与服务器之间的互认证和会话密钥协商。
• 设计该方案支持在客户端本地进行密码验证，防止在线密码泄露。

实验结果

研究问题

• RQ1 非RC依赖、仅使用哈希的动态ID多服务器认证方案能否同时实现强安全性和高效性？
• RQ2 李等人方案中存在哪些具体漏洞，导致其易受离线字典攻击、重放攻击和伪装攻击的影响？
• RQ3 如何缓解Liao等人基于配对的方案中的安全弱点，如对离线字典攻击和拒绝服务攻击的敏感性？
• RQ4 能否设计一种新方案，同时支持用户匿名性、本地密码验证、完美前向安全性，以及对内部人员和服务器欺骗攻击的抵抗能力？

主要发现

• 所提方案通过将用户身份与动态ID绑定，并使用基于配对操作的安全密钥派生机制，抵抗了智能卡被盗和离线字典攻击。
• 通过使用带时间戳的消息和密码学生挑战的互认证机制，抵抗了重放攻击、伪装攻击和服务器欺骗攻击。
• 该方案提供了完美前向安全性，确保即使长期密钥被泄露，过去会话密钥依然保持安全。
• 通过使用不直接关联用户真实身份的动态ID实现用户匿名性，并在客户端支持本地密码验证。
• 性能评估表明，用户的在线计算开销为 8 $TG_{mul}$ + $TG_{H}$ + $TG_{add}$ + 5 $T_h$，略高于Liao等人方案，但安全性显著提升。
• 与Tseng等人方案相比，所提方案在计算开销略高的情况下，提供了更优的安全特性，包括对内部人员攻击和拒绝服务攻击的抵抗能力。